森林多功能評價與表達方法1)

殷鳴放

(沈陽農業大學，沈陽，110866)

鄭小賢

(北京林業大學)

殷煒達

(東京大學)

傳統森林經理學簡單地把森林作為木材生產的“場所”來對待，將森林的木材生產以外其它的資源視為“附屬”性的存在而未予重視。這顯示出人們對森林各種功能的認識力缺乏和科學方法的不足，因而受到了來自學科內部與社會各方面的批評和質疑[1]。我國現有森林資源的人均占有量很低，森林資源利用上更需要充分利用各種功能，社會迫切需要森林在生態環境建設中發揮更大的作用[2]。我國林業在經歷了森林過度利用階段、森林恢復與發展階段之后，正在向多功能利用階段發展[3]，許多學術和實踐方面問題都亟待解決。因此，對森林多功能評價進行研究，無論從學術方面，還是從社會需要方面，都已十分緊迫。

森林多功能是指在同一空間中的森林由于自身特點和周邊環境不同所具有的多種功能的集合，它是由森林的自然屬性與周邊環境決定的，其分類地位與商品林、公益林并列成為一類。對于森林多功能評價問題，大尺度的研究國內曾經有一些報道[4－5]，但在小班尺度上的研究成果非常少見[6]。森林經營上更需要了解小班的各種功能和整體功能狀況，因此，開展多功能森林評價與直觀表達的研究，是森林多功能經營上的需要。

1 研究地概況

研究對象為遼寧東部山區清原縣大邊溝林場。該場屬于長白山脈的西南延伸部分，屬溫帶季風氣候，氣候濕潤，雨量充沛。年平均氣溫5.2℃，無霜期120～130 d，年降水量800～1000 mm。天然植被為次生闊葉林與針闊葉混交林，土壤為棕色森林土和暗棕色森林土。人工造林樹種主要有日本落葉松(Larix kaempferi)、長白落葉松(Larix olgensis)、紅松(Pinus koraiensis)、油松(pinus tabulaeformis)等[7]。

2 研究對象與方法

2.1 研究對象

選擇林相比較均勻的1個集水區進行了調查。本研究數據主要采取標準地和解析木調查為主。比如，碳吸收與碳儲存計量、林木生長量與蓄積量、生物多樣性、樹種豐富性、自然性等數據。共調查標準地48塊，林木碳儲量和生長量測定用解析木367株。此外，其它小班數據采用最新二類調查數據以及林場檔案資料。比如，小班面積、小班界線、小班集材距離等。

2.2 方法

在借鑒國內外森林多功能研究成果的基礎上[4－6]，結合當地自然條件與社會需求，提出森林經營上的主要功能及其評價方法。評價目的是為了滿足森林經營需要，并不涉及各種生態價值問題。在1個集水區內，采用相對值比較法進行各種子功能評價，用高、中、低表達小班各種子功能大小。高、中、低等級劃分可以采用各種方法，本研究采用極差均分法。再用雷達圖法對各種子功能評價結果進行全面表達，最后用多功能值和多功能指數表達整體功能大小和森林多功能類型，實現小班層次的森林多功能評價與表達一體化，為森林經營提供科學依據。

2.2.1 主要功能種類的確定

根據日本學術會議公布的研究成果，森林多功能種類可以劃分為8類36子類[8]。本研究認為這些功能種類并不都適合森林經營需要。森林經營單位應該根據森林特點和經營需要確定主要經營功能。主要經營功能確定依據:①現階段森林經營水平可及;②可進行定量化評價;③利于制定經營措施;④區域社會急需。本研究對遼寧東部山區森林確定的主要經營功能是水土保持與水源涵養功能、減少溫室氣體功能、保護生物多樣性功能和可持續木材生產功能。

2.2.2 小班功能評價方法

水土保持與水源涵養功能是指森林對土壤的保護、形成和促進降水向其滲透的作用。根據以往大量研究成果可知，該功能與林木和林下植被的覆蓋度密切相關[9]。本研究采用林木和林下植被覆蓋指標進行評價，計算與評價緩和枯水洪水功能、保護水質功能、防止泥沙流失功能、防止林地崩塌功能等4項子功能，再將這些評價值進行平均作為水土保持與水源涵養功能的評價結果[6]。

減少溫室氣體功能是指森林可以吸收和儲存溫室氣體二氧化碳方面的功能。通過計量森林吸收、儲存二氧化碳子功能來評價。二氧化碳吸收量=生長量/hm2×擴大系數×木材密度×含碳率;二氧化碳儲存量=蓄積量/hm2×擴大系數×木材密度×含碳率[6]。其中含碳率、木材密度通過解析木進行樹干解析和元素分析方法獲得[9];林木生長量和蓄積量通過標準地調查獲得。

保護生物多樣性功能是指森林通過為生物物種提供生存與繁衍的場所，從而起到對其保育作用的功能。本研究采用稀少性、多樣性和自然性等指標評價[6]。稀少性評價采用調查評價對象里是否存在國家及省級瀕危滅絕植物種。多樣性評價根據植被調查判斷植物多樣性。自然度評價采用近自然林理論，將近自然度分為7個等級，通過對小班實際調查數據進行評價。

可持續木材生產功能是指森林能持續、高效率地生產優良材，并確保林分自身健康生長的功能。評價指標是形狀比、生長量、蓄積量、修枝情況、集材距離、平均坡度、小班面積、木材缺欠等8項[6]。數據通過小班檔案數據和實際調查獲得。

2.2.3 整體功能綜合評價與表達

整體功能綜合評價需要把小班各子功能評價結果與整體功能綜合評價結果進行同時表達，將其作為一個多因素評價問題。本研究采用雷達圖法來解決這個問題[10－11]，以子功能評價結果雷達圖為基礎開發了多功能值S和多功能指數M(見3.2)，以進行整體功能綜合評價與表達。

3 結果與分析

3.1 子功能評價

采用上述評價方法，對1個集水區的14個小班進行各項子功能評價。按照上述小班功能評價方法(見2.2.2)計算各項評價指標，按照相對值法劃分功能大小，根據雷達圖方法要求對各小班子功能評價結果賦值，見表1。

表1 森林子功能評價結果

“高”的賦值3，“中”的賦值2，“低”的賦值1，得到制作雷達圖的基礎數據。用這些數據制作各小班功能雷達圖(以42、44、47小班為代表，見圖1)。

圖1 森林多功能類型

3.2 整體功能綜合評價

森林整體功能綜合評價通過計算雷達圖中閉合多邊形面積得到[10－11]。各小班森林多功能值S由(1)式得到，多功能指數M由(2)式計算得到，再根據多功能指數劃分多功能類型。結果見表2。

式中:L1、L2為三角形的兩個邊長;θ為 L1、L2構成的夾角;M0為理想林分多功能值，即用已經確定的子功能全部達到最大值時的多功能值;S為多功能值;M為多功能指數。

表2 小班多功能評價

根據表2多功能值可進行各小班整體功能大小比較，得出各小班綜合功能大小排序為:47＞43=45＞44=46＞50=54＞42=51＞56＞53＞52＞55＞48。

結果表明，各小班整體功能差異很大，最大的是47小班，評價值為24.63;最小值是48小班，評價值為8.99;最大與最小值差2.73倍，多功能經營潛力很大。

3.3 森林多功能類型劃分

進一步對獲得的雷達圖進行分析，根據表2多功能指數劃分森林多功能類型。

a型(優勢齊備型):多功能指數為0.9～1.0。43、45、47等3個小班在各功能上的評價值基本上都是最大值，個別子功能處于中等水平，所構成的多邊形飽滿并從圓心向外擴張，說明這些小班的多功能呈現優勢齊備態勢，是理想的森林多功能類型，可采取保持現狀的經營措施。

b型(穩定平衡型):多功能指數為0.7～0.8。42、44、46、50、51、54 等 6 個小班若干方面表現好，具有優勢主導功能，部分子功能有缺欠，整體上處于穩定平衡狀態。評價結果表明其多功能屬于中等狀態，呈現穩定平衡態勢，可根據優勢主導功能進行適度經營。

c型(弱勢缺失型):多功能指數為0.6以下。48、50、53、55、56 等 5 個小班整體功能處于低水平狀態，并存在1個“低”的子功能，評分結果構成的多邊形向圓心收縮，說明這些小班的整體功能較差，呈現整體功能軟弱缺失態勢。對該類型可采取發揮優勢主要功能，改善林分結構，促進林木健康發展的經營措施。

4 結論與討論

4.1 結論

從森林多功能經營的需求與森林自身特點出發，提出了基于小班森林多功能經營要求的森林多功能計量與評價方法，對研究區域水土保持與水源涵養功能、減少溫室氣體、保護生物多樣性功能和可持續木材生產功能等4項主要經營功能進行了評價，得出了對于森林多功能經營具有實際指導意義的結果。

建立多功能評價指標體系對各小班多功能進行評價，用相對值比較法，即用“高、中、低”直觀表達小班主要經營功能大小。并以此為基礎，將各小班主要功能用雷達圖方法全面表達，實現了小班層次的多功能評價與表達。這種評價結果不同與以往的只進行功能的物理量與價值量評價，而是建立在森林經營需要的基礎之上，可以針對弱勢功能采取恰當的經營措施。

引入雷達圖法，并在此基礎上提出了多功能值和多功能指數的概念及其計算公式，用以表達小班整體功能。并將森林多功能劃分為優勢齊備型、穩定平衡型、弱勢缺失型等3個類型，從理論上為森林多功能經營奠定了基礎，使每個小班多功能狀況具有了可比性，進而使經營者可以針對各個小班的特點，分門別類地采取森林經營措施。

4.2 討論

森林生態系統服務價值評價方面的研究在國內外已經取得大量成果;但是，將這些成果應用到森林經營上還有很多工作要做。本研究在森林經營框架下，從森林多功能經營的社會需要與森林自身具有多功能屬性的實際情況出發，提出了基于小班森林多功能經營要求的評價與表達方法。該方法的提出為今后開展森林多功能經營提供了新的途徑。

采用常規調查方法進行各子功能計量與評價，對森林經營有較強的實用價值和指導意義。4種主要森林功能均可通過測樹學、森林生態學等方法，利用既有資料與常規森林調查獲得評價指標。這些評價指標不但可以實現多功能大小的評價和排序，還有助于在經營多功能森林時針對各個小班的特點采取相應的經營措施，使森林多功能經營具有可操作性。

采用雷達圖法表達森林多功能綜合信息，可以把復雜的多因素評價問題簡單化。這種方法實現了小班森林子功能信息全面表達和小班整體功能計量與排序。本研究提出的用無量綱方法表達多功能值、用多功能指數劃分多功能類型的新方法，為森林多功能經營提供了科學的方法。

本研究提出的基于森林經營框架的多功能評價與表達方法，還只是一個初步探索，方法本身可能還存在一些預料不到的問題，比如，各子功能的權重確定等問題，還需要進一步研究解決，使森林多功能經營技術得到不斷完善。

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